Đồ án tốt nghiệp Điện tự động công nghiệp: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống mạ dây hàn điện tại công ty cổ phần que hàn Việt Đức

Chia sẻ: Mhnjmb Mhnjmb | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

142
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp Điện tự động công nghiệp: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống mạ dây hàn điện tại công ty cổ phần que hàn Việt Đức nhằm giới thiệu về Công ty cổ phần que hàn điện Việt Đức, các thiết bị điện trong dây chuyền mạ, xây dựng mạch điều khiển trong dây chuyền máy mạ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Điện tự động công nghiệp: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống mạ dây hàn điện tại công ty cổ phần que hàn Việt Đức

LỜI MỞ ĐẦU Tình hình kinh tế cũng nhƣ kĩ thuật trên thế giới ngày càng phát triển vƣợt bậc. Chính vì vậy mà Việt Nam đang nỗ lực hết mình để bắt kịp sự phát triển cùng các nƣớc trong khu vực cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới về mọi mặt kinh tế, kỹ thuật và xã hội. Một trong những lĩnh vực quan trọng góp phần trong sự chuyển mình đó là ngành công nghiệp. Trong các khu công nghiệp các dây chuyền hiện đại dần thay thế các dây chuyền thô sơ không đạt năng xuất cao nhờ những ứng dụng của các bộ điều khiển hiện đại. Chính vì vậy mà năng xuất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm ngày càng đƣợc cải tiến, sản phẩm của Việt Nam sẽ ngày càng vƣơn xa hơn trên thị trƣờng kinh tế thế giới. Hội nhập cùng sự phát triển của đất nƣớc, Công ty cổ phần que hàn điện Việt Đức đã thƣơng hiệu khẳng định vị thế của mình trên thị trƣờng trong và ngoài nƣớc, đó là nhờ họ có những dây chuyền sản xuất biết kết hợp giữa những thiết bị hiện đại nhƣ PLC, bộ điều khiển MentorII với những mạch vòng nhân tạo để tạo nên một hệ thống dây chuyền đạt hiệu quả cao trong sản xuất. Đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Đoàn Phong, kết hợp với những kiến thức đã học trong nhà trƣờng và tài liệu trong nhà máy, em xin trình bày đề tài: “Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống mạ dây hàn điện tại công ty cổ phần que hàn Việt Đức”. Nội dung chính của đề tài gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu về Công ty cổ phần que hàn điện Việt Đức. Chƣơng 2: Các thiết bị điện trong dây chuyền mạ 4. Chƣơng 3: Xây dựng mạch điều khiển trong dây chuyền máy mạ 4. Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2010. Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Liêm
Chƣơng 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN QUE HÀN ĐIỆN VIỆT ĐỨC 1.1. TỔNG QUAN VỂ CÔNG TY CỔ PHẦN QUE HÀN VIỆT ĐỨC. 1.1.1. Sự hình thành và phát triển của công ty CP QHĐ VĐ. Que hàn điện Việt Đức là thƣơng hiệu quen thuộc với những ai đã từng làm nghề cơ khí từ những năm đất nƣớc còn chiến tranh. Trải qua 40 năm, sản phẩm que hàn Việt Đức đƣợc sử dụng rộng khắp trong các ngành cơ khí, xây dựng, giao thông... có uy tín không chỉ với các nhà đầu tƣ trong nƣớc mà còn đƣợc các nƣớc trong khu vực, các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài tại VN ƣa chuộng vì lợi thế chất lƣợng và giá so với các sản phẩm cùng loại của các nhà sản xuất khác trên thị trƣờng. Thành lập từ năm 1967, nhà máy Que hàn điện (QHĐ) Việt-Đức đƣợc thiết kế hai dây chuyền sản xuất, công suất 400 tấn/năm do Cộng hoà Dân chủ Đức viện trợ. Hơn 100 cán bộ, công nhân vừa xây dựng, lắp đặt, nhận bàn giao công nghệ, vừa học nghề và sản xuất và đã làm chủ công nghệ chỉ trong thời gian ngắn. Năm 1967, 230 tấn QHĐ sản xuất đầu tiên đã kịp thời phục vụ cho những công trình sửa chữa, đóng mới tàu phà... phục vụ cho sản xuất và chiến đấu. Năm 1989 chuyển sang cơ chế thị trƣờng, thời gian đầu do chƣa kịp thích ứng dẫn đến sản xuất đình trệ, hàng làm ra không tiêu thụ đƣợc, sản lƣợng năm cao nhất cũng chỉ đạt 5.000 tấn/năm. Việc làm không có, thu nhập thấp, đời sống khó khăn, tinh thần của ngƣời lao động không ổn định, đã có lúc nhà máy đứng bên bờ vực phá sản. Tháng 3/1993, nhà máy đƣợc đổi tên thành Cty QHĐ Việt-Đức. Với phƣơng châm uy tín, chất lƣợng làm hàng đầu, Cty đã từng bƣớc tháo gỡ khó khăn, thâm nhập thị trƣờng trụ vững trong cơ chế thị trƣờng, từ năm 2002 đến nay đã vƣợt qua công suất thiết kế (đạt trên 7.200 tấn/năm). Sản phẩm của Cty đã đáp ứng thoả mãn nhu cầu thị trƣờng và Cty đã hình thành đƣợc mạng lƣới tiêu thụ sản phẩm ở một số tỉnh trọng điểm và khu công nghiệp. Sản lƣợng và thị phần của Cty luôn giữ đƣợc vị trí hàng
đầu các doanh nghiệp sản xuất kinh doanh vật liệu hàn trong nƣớc. Đến tháng 1/2004 Cty đƣợc chuyển đổi thành Cty cổ phần QHĐ Việt-Đức. Cty đã chọn hƣớng đi tắt, đón đầu sản xuất những sản phẩm chất lƣợng cao nhằm thoả mãn nhu cầu vật liệu hàn của thị trƣờng. Từ đó, Cty QHĐ Việt Đức luôn coi trọng việc đầu tƣ mới và đổi mới công nghệ. Chỉ tính riêng 5 năm 2001-2006, Cty đã dành trên 15 tỷ đồng, đầu tƣ cho công tác nghiên cứu sản phẩm mới QHĐ E7016, E7018, J420, J 421, bột hàn và dây hàn các loại; xây dựng và áp dụng hệ thống quản lý chất lƣợng quốc tế ISO 9002, ISO 9001: 2000; đầu tƣ có trọng điểm, có chọn lọc những khâu kỹ thuật tiên tiến có tính chất quyết định năng suất và chất lƣợng nhƣ: hệ thống máy kéo vuốt dây thép; xƣởng sản xuất nƣớc silicát; đầu tƣ mới dây chuyền sản xuất dây hàn công nghệ tiên tiến của Châu Âu; đầu tƣ các công trình cải tạo môi trƣờng, điều kiện lao động nhƣ hút bụi, thông gió, dàn phun mƣa... Song song với việc đầu tƣ về công nghệ và thiết bị, Cty đã tiến hành sắp xếp, đổi mới lại bộ máy quản lý điều hành và hệ thống sản xuất theo quy trình của hệ thống quản lý chất lƣợng ISO 9000. Công tác tiết kiệm đƣợc gắn liền với phong trào thi đua, kết quả gần 1,8 tỷ đồng đã đƣợc tiết kiệm, từ các công đoạn sản xuất, đầu vào, đầu ra đã góp phần giảm giá thành, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh. Do đầu tƣ đúng hƣớng, chất lƣợng sản phẩm ổn định, giá thành hạ, sản phẩm của Cty ngày càng có uy tín trên thị trƣờng. Que hàn N46-VD, E7018- VD, dây hàn W49-VD đã đƣợc các tổ chức đăng kiểm quốc tế: Nhật Bản (NK), Đức (LIYOD), VN cấp chứng chỉ, hàng loạt sản phẩm khác nhƣ: que hàn N42-VD, N45-VD, N46-VD,... đƣợc cấp chứng nhận phù hợp tiêu chuẩn, đƣợc tặng thƣởng nhiều huy chƣơng vàng tại các hội chợ trong nƣớc. Năm 2001 lần đầu tiên Cty đã xuất khẩu đƣợc 100 tấn QHĐ ra nƣớc ngoài. Sản xuất phát triển, sản lƣợng tăng nhanh, năm sau cao hơn năm trƣớc. Thu nhập của CBCN ngày một nâng cao bình quân 1,87 triệu đồng/ tháng (năm 2001) lên 2,37 triệu đồng/ tháng năm (2006), các chế độ bảo hiểm cho ngƣời lao động đƣợc thực hiện nghiêm chỉnh. Đóng góp vào ngân sách nhà nƣớc từ 748 triệu đồng (năm 2001) lên 8,1 tỷ đồng (năm 2006).
Qua 40 năm xây dựng và trƣởng thành, với những thành tích đã đạt đƣợc, Cty cổ phần QHĐ VĐ vinh dự đƣợc trao tặng Huân chƣơng Độc lập hạng Ba. 1.1.2. Giới thiệu về sản phẩm của công ty. - Que hàn nối thép cacbon thấp và trung bình, dùng trong ngành đóng tàu và các công trình quan trọng của quốc gia nhƣ: N46-VD-6031, N47-VD… - Que hàn nối thép cacbon thấp độ bền cao dùng cho ngành đóng tàu trọng tải lớn nhƣ: N55-6B; E7016-VD ; E7018-VD… - Nhóm que hàn đắp phục hồi bề mặt nhƣ: DMn380; DMn500; DG250; DG60… - Nhóm que hàn đặc chủng: que hàn INOX VD308-16; que hàn đồng - Hm - Cu; que hàn gang GG33.... - Nhóm dây hàn nhƣ: Dây hàn khí CO2 W49-VD có đƣờng kính từ 0,8- mm-1,6 mm. 1.2.Mô tả dây chuyền mạ dây hàn điện Việt Đức. 1.2.1. Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện: - Ngày nay với sự phát triển ngành khoa học đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật điện và một số ngành công nghiệp khác. - Mạ điện là một phƣơng pháp rất hiệu quả để bảo vệ kim loại khỏi tác động xấu của môi trƣờng bên ngoài, ngoài ra các vật đƣợc mạ điện còn cho ta khả năng dẫn nhiệt tốt đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhà máy sản xuất thiết bị điện năng ôtô, môtô, dụng cụ y tế ở các nƣớc công nghiệp ngành mạ điện phát triển mạnh. Công nghệ mạ điện đã vào nƣớc ta từ rất lâu và có ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp, và mạ dây hàn điện cũng là một ứng dụng của công nghệ mạ điện. Trƣớc tiên ta tìm hiều qua về công nghệ mạ điện. Công nghệ mạ điện trong phân xƣởng gồm 3 loại: Công nghệ chuẩn bị, công nghệ mạ và công nghệ sau khi mạ.Trong đó công nghệ mạ là công nghệ chủ yếu nhất trong phân xƣởng. Tuỳ theo tính chất dung dịch mà phân ra các loại: Mạ axit, mạ kiềm, mạ xianua, mạ crôm….
Để tiến hành mạ, ngƣời ta thƣờng dùng bể mạ tĩnh. Nếu chi tiết nhỏ, số lƣợng nhiều ngƣời ta sử dụng bể mạ quay, mạ lắc….Nếu quy mô sản xuất lớn thì ngƣời ta sử dụng các thiết bị bán tự động hoặc tự động hoá. 1.2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bể mạ điện: Hiện nay với sự phát triển vƣợt bậc của ngành công nghệ khoa học kỹ thuật. Trong phân xƣởng mạ ngƣời ta thƣờng dùng bể mạ tĩnh để sản xuất thiết bị mạ, tại vì bể mạ tĩnh thƣờng có số lƣợng nhiều cho ta năng suất cao chất lƣợng mạ tốt. Ngoài ra còn sử dụng một số bể mạ đặc biệt khác…Cấu tạo của bể mạ tĩnh gồm có: bể ngoài, bể lót trong, thiết bị gia nhiệt, máng hút thanh dẫn nhiệt, giá đỡ, thiết bị khuấy, thiết bị lọc và thiết bị làm nguội dung dịch. a) Bể ngoài : Bể ngoài là bộ phận chủ yếu đựng các dung dịch nhƣ : dung dịch axit, dung dich kiềm, dung dịch sunfat, dung dịch phức,...Các bộ phận khác nhƣ máng hút, thanh dẫn điện, ống dẫn nhiệt đều đƣợc gắn cố định với bể. Vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo bể mạ tĩnh là những vật liệu có sẵn trong tự nhiên nhƣ : gỗ, thép, sứ, gạch,...nhƣng nguyên liệu đƣợc dùng nhiều nhất là những tấm thép đƣợc hàn lại với nhau, thiết bị đơn giản, kinh tế, bền, dễ chế tạo. Để tăng độ chịu đựng cho bể ngƣời ta có thể gắn thêm ở thành bể phần thép coocnhe... Bể ngoài thƣờng dùng là những tấm thép dày khoảng 4-5 mm có thể dùng thép cacbon thông thƣờng, dùng hàn hơi hoặc điện để ghép chúng lại với nhau. Trƣớc khi đƣa vào sử dụng thì phải chú ý kiểm tra tránh hiện tƣợng dò rỉ. b) Bể lót trong : Bể lót trong là thành phần rất quan trọng trong công nghệ mạ điện. Bể này đƣợc dùng bể lót bên trong thùng ngoài nhằm chống sự ăn mòn của dung dịch đối với thùng vì vậy dung dịch sử dụng không có tính ăn mòn thì ta không cần phải lót bên trong bể nhƣ vậy ( nhƣ bể rửa nƣớc,bể trung hoà, bể tẩy dầu...) thƣờng thì trong công nghệ mạ ngƣời ta vẫn dùng bể lót trong nhằm tăng độ bền cho bể.
Bể lót trong đƣợc làm bằng nguyên liệu chống ăn mòn (thƣờng ngƣời ta hay sử dụng nguyên liệu là chì, cao su cứng, các loại chât dẻo,...). Tuỳ theo dung dịch bể mạ mà ta sẽ chọn từng loại nguyên liệu lót trong sao cho thích hợp nhằm chống sự ăn mòn. Hiện nay một số bể mạ lót trong bằng composit (nhƣ bể mạ niken và một số bể mạ tẩy nhẹ khác) c) Thiết bị gia nhiệt : Trong qúa trình mạ hoặc gia công bể mạ yếu tố nhiệt độ đóng vai trò không thể thiếu đƣợc, nó là một yếu tố quyết định đến thành phần lớp mạ tốt hay xấu.Vì vậy trong quá trình mạ hoặc gia công bể mạ cần phải có một nhiệt độ thích hợp để đảm bảo chất lƣợng mạ tốt. Nhiệt độ tốt còn làm tăng độ dẫn điện của dung dịch giảm nguy cơ thụ động anot. Có hai phƣơng pháp gia nhiệt : gia nhiệt hơi và gia nhiệt điện. Gia nhiệt điện có hai loại : Một là thiết bị gia nhiệt trực tiếp vào dung dịch một loại thiết bị gia nhiệt ở đáy bể. Gia nhiệt bằng điện có ƣu điểm là : có thể gia nhiệt đƣợc dần dần có thể đƣợc nhiệt độ (trên 100oC, thao tác đơn giản, điều chỉnh thuận lợi) nhƣng nó lại có những khuyết điểm sau : tiêu hao điện lớn, gia nhiệt điện không an toàn. Vì vậy khi cần nhiệt độ cao mà gia nhiệt hơi không thể đạt đƣợc hoặc không có gia nhiệt hơi thì ta mới dùng đến gia nhiệt điện. Chú ý : khi tăng nhiệt độ thì phải kết hợp với tăng cƣờng độ dòng điện thì lớp mạ sẽ đƣợc đảm bảo những tính chất của nó. d) Thanh dẫn nhiệt : Để tăng độ dẫn điện giữa anot và katot ta phải chọn thanh dẫn điện cho tốt, nó có vai trò chuyển điện trong các dung dịch làm giảm điện thế bể mạ, giảm nhiệt jun thoát ra có khả năng dùng dòng điện cao hơn. Tác dụng của thanh dẫn điện là dùng để treo anot, chi tíêt (katot) và truyền điện. Vì vậy thanh dẫn điện phải đạt yêu cầu : Phải chịu đƣợc trọng lƣợng của anot và chi tiết. Có tác dụng truyền điện tốt giảm sự tiêu hao điện năng xuống nhỏ nhất. Thanh dẫn điện thƣờng là ống đồng vàng hoặc đồng đỏ.
Hai đầu thanh dẫn điện đặt trên mép bể giá này đƣợc làm bằng nguyên liệu cách điện nhƣ sứ cao su, gỗ cứng PVC...Để đảm bảo cho tiếp xúc và dẫn điện tốt ngƣời ta phải thƣờng xuyên rửa sạch các thanh dẫn điện... e) Máng hút : Trong phân xƣởng mạ có nhiều chất có hại để đảm bảo sức khoẻ cho ngƣời sử dụng, cải thiện điều kiện làm viếc khống chế nồng độ khí của các loại hoá chẩ trong phạm vi quy định, ta sử dụng hệ thống máng hút. Tác dụng của máng hút là hút khí độc trong bể, bảo vệ sức khoẻ của công nhân. Bể rửa nƣớc, bể thu hồi, bể trung hoà không cần máng hút. Bể sinh ra khí độc : Bể tầy dầu, bể mạ crôm, mạ hợp kim đồng thiếc...là các bể cần có máng hút. Có hai loại máng hút : Máng hút đơn và máng hút hình chữ U. Máng hút thƣờng đƣợc đặt cạnh bể. f) Thiết bị khuấy : Trong quá trình mạ nồng độ iôn kim loại mạ lóp dung dịch sát katot bị nghèo đi. Nếu không đƣợc phục hồi kịp thời sẽ gây lên phân cực nồng độ quá lớn và gây nhiều bất lợi cho quá trình phân bố lớp mạ. Khắc phục nhƣợc điểm đó thiết bị khuấy đóng vai trò rất quan trọng vì vậy ta phải khuấy mạnh để tăng cƣờng nồng độ trong toàn khối dung dịch tăng khuyếch tán đến điện cực. g) Thiết bị lọc : Chọn máy lọc điều quan trọng công suất và tính chất của nó. Thông thƣờng chọn máy lọc trong một giờ lọc đƣợc thể tích bằng 3-5 lần thể tích bể mạ. Vật liệu để lọc thƣờng là vải bông sợi tổng hợp, sợi thủy tinh than hoạt tính sứ, để nâng cao tốc độ lọc đảm bảo dung dịch sạch thƣờng cho vào các hoạt chất phụ trợ. Để làm tăng mật độ dòng điện nâng cao năng suất chất lƣợng ta dùng thiết bị khuấy lọc hoàn toà. Phƣơng pháp khuấy lọc tuần hoàn có đặc điểm dung dịch đƣợc tiến hành khuấy đồng thời đƣợc lọc liên tục.
h) Thiết bị làm mát : Trong bể mạ nhiệt độ không cho phép vƣợt quá nhiệt độ bình thƣờng thì phải dùng máy lạnh. Dùng bơm để bơm nƣớc từ vỏ ngoài của bể cho vào buồng máy lạnh. 1.2.2. Ứng dụng công nghệ mạ trong mạ dây hàn điện tại công ty CP QHĐ Việt Đức. Trong dây truyền mạ dây hàn điện, dây hàn đã đƣợc vuốt thô qua một hệ thống máy vuốt ƣớt hoặc vuốt khô. Sau quá trình vuốt thô, dây hàn đã đƣợc quấn và phân thành lô. Trƣớc khi dây hàn đƣợc đƣa vào bể mạ qua một hệ thống vuốt nhỏ đồng thời là quá trình gia công bề mặt. Gia công cơ học: Gia công cơ học là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp. Có thể thực hiện gia công cơ học bằng nhiều cách: mài, đánh bóng (là quá trình mài tinh), quay xóc đối với các vật nhỏ, chải, phun tia nƣớc dƣới áp xuất cao….Và ở hệ thống này, dây hàn đã đƣợc qua một hệ thống các khuôn vuốt, vuốt nhỏ dây hàn theo kich thƣớc quy định đồng thời là quá trình gia công làm sạch cơ học. Tẩy gỉ và dầu mỡ: Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí thƣờng dính dầu, dù rất mỏng cũng có thể làm cho bề mặt trở nên kị nƣớc, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ...Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ bằng các cách sau: Tẩy trong dung dịch hữu cơ nhƣ: tricloetylen C2HCl3,tetraclotylen C2Cl4…chúng có đặc điểm là hoà tan tốt nhiều loại chất béo, không ăn mòn kim loại, không bắt lửa. Mạ đồng sunfat: Dây hàn sau quá trình vuốt và làm sạch đã đƣợc đƣa qua bể mạ đồng sunfat. Dây hàn đƣợc đƣa qua các con quay để đi qua bể mạ một vài lần để quá trình mạ đƣợc đạt chât lƣợng tốt hơn.
Chƣơng 2 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG DÂY CHUYỀN MÁY MẠ 4 2.1. GIỚI THIỆU VỀ DÂY CHUYỀN MÁY MẠ 4. 2 2 8 3 6 8 3 5 4 6 1 1 4 5 7 6 7 Hình 2.1: Hệ thống dây chuyền máy mạ 4. Ghi chú: 1: Lô dây nguyên liệu. 5: Bể mạ. 2: Hệ thống ròng rọc. 6: Hệ thống Dancer. 3: Bể vuốt. 7: Động cơ cuốn. 4: Động cơ kéo. 8: Màn hình hiển thị. Hình 2.1 mô tả hệ thống dây chuyền máy mạ 4 tại công ty cổ phần que hàn điện Việt Đức. Trƣớc dây chuyền mạ 4 là cả một hệ thống vuốt thô. Nguyên vật liệu đƣa về là những lô dây to thô. Những lô dây này sẽ đƣợc đƣa qua một hệ thống đánh gỉ để làm sạch nguyên liệu rồi qua bể vuốt. Bể vuốt có thể là loại ƣớt, sẽ chứa các dung dịch dầu; bể vuốt không chứa dung dịch hoá chất đƣợc gọi là bể vuốt khô. Qua bể vuốt này ta đã có những sản phẩm dây hàn thô với kích thƣớc gần đạt kích thƣớc yêu cầu. Dây hàn thô đƣợc thu vào các lô nhỏ hơn để đƣa sang công đoạn vuốt tinh và mạ dây hàn và thành phẩm.
Tại khu vực mạ 4, lô dây thô (1) sẽ đƣợc đƣa qua một hệ thống ròng rọc (2). Ban đầu dây sẽ đƣợc công nhân vận hành đƣa qua hệ thống bằng tay. Tại khu để lô có lồng úp để tránh hiện tƣợng khi dây chuyền chạy dây sẽ bị văng ra khỏi lô và cũng để đảm bảo an toàn cho ngƣời lao động. Ở dây chuyền này bể vuốt sẽ là bể vuốt ƣớt (3), các nấc vuốt sẽ nằm trong bể dung dịch hoá chất. Dung dịch hoá chất này có tác dụng làm sạch dây hàn trƣớc khi đƣa ra ngoài bể mạ. Tuỳ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm ra có kích thƣớc là bao nhiêu thì ngƣời công nhân sẽ thay khuôn sao cho thích hợp với đầu ra yêu cầu. Thƣờng thì đối với mỗi dây chuyền mạ sẽ có một vài kích thƣớc nhất định và đi kèm với nó là số khuôn nhất định. Sau khi dây hàn qua bể vuốt đƣợc đƣa ngay tới bể mạ đồng sunfat (4). Tại đây dây hàn đƣợc đƣa ngập trong bể mạ và đƣợc luồn dây qua các ròng rọc một cách zích zắc để vấn đề mạ đƣợc tốt hơn, sản phẩm ra đạt yêu cầu. Trong dây chuyền có sử dụng hai động cơ chính là hai động cơ một chiều có tác dụng một để kéo dây hàn gọi là động cơ kéo hay kí hiệu D.M, còn động cơ thu có tác dụng kéo dây thành phẩm vào lô. Để đồng bộ tốc độ hai động cơ này trong hệ thống có sử dụng một hệ thống kết cấu để phản hồi tín hiệu đƣợc gọi là Dancer (6). Hệ kết cấu này sẽ đƣợc nói chi tiết trong phần sau của đồ án. Màn hình hiển thị (8), có nhiệm vụ kết nối giữa ngƣời vận hành và máy. Đây là loại màn hình cảm ứng đặt giá trị và hiển thị giá trị mà ngƣời sử dụng cần hiển thị và cụ thể ở đây là tốc độ động cơ, tốc độ chạy dây và một số các thông số khác… 2.2. LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ. 2.2.1. Vấn đề khi lựa chọn động cơ. Khi lựa chọn động cơ, ngƣời thiết kế phải xem xét nhiều yếu tố và đặc trƣng dải tốc độ, sự biến đổi mômen-tốc độ, tính thuận nghịch, chu kì làm việc, mônen khởi động và công suất yêu cầu. Yêu cầu công nghệ của hệ truyền động mạ dây hàn điện:
Công suất tải yêu cầu: P1 = 30 kW, P2 = 70 kW nhƣ vậy công suất động cơ cần đạt: Pđc≥Pyc. Đồng thời hệ truyền động yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và sự đồng bộ tốc độ động cơ. Từ yêu cầu công nghệ trên ta xét đặc tính cơ của động cơ một chiều và xoay chiều. n n a b A Mc M c Mc M Hình 2.2. Đặc tính cơ động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ. Từ hai đặc tính cơ trên ta thấy: Đƣờng đặc tính cơ động cơ một chiều là tuyến tính, đƣờng đặc tính cơ cứng tốc độ càng ít thay đổi khi mômen thay đổi. Mômen của động cơ một chiều lớn hơn động cơ xoay chiều, chính vì vậy mà khi lựa chọn cùng một công suất tải yêu cầu động cơ xoay chiều luôn lựa chọn với công suất lớn hơn. Nhìn trên đƣờng đặc tính cơ ta có thể nhận thấy rằng xác định tốc độ tại một điểm của động cơ một chiều dễ hơn xoay chiều do đặc tính cơ tuyến tính, nhƣ vậy độ ổn định tốc độ của động cơ một chiều lớn hơn động cơ xoay chiều. Đối với động cơ xoay chiều tại khoảng ab động cơ làm việc ổn định, còn trong khoảng bc động cơ làm việc không ổn định. Đó là một khuyết điểm lớn của động di bộ ảnh hƣởng trong quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ và dải điều chỉnh tốc độ.
Đồng thời, với yêu cầu công nghệ cần đồng tốc hai động cơ có công suất khác nhau, để điều chỉnh chính xác đồng bộ tốc độ hai động cơ này thì sự lựa chọn tốt hơn đó chính là động cơ một chiều. Vì điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều đã khó thì sự đồng tốc 2 động cơ có công suất khác nhau lại càng gặp khó khăn hơn. Về khả năng điều chỉnh tốc độ thì động cơ một chiều có thể điều chỉnh cả về phần kích từ và phần ứng. Động cơ xoay chiều có nhiều cách điều chỉnh nhƣng điều chỉnh tối ƣu hơn cả hiện nay là điều chỉnh bằng phƣơng pháp tần số, mà giá thành cao. Về độ an toàn trong các phƣơng pháp bảo vệ thì động cơ một chiều bảo vệ cả về phía mạch phần ứng và phần kích từ, đảm bảo hơn. Nhƣ vậy xét theo yêu cầu công nghệ trên mà sự lựa chọn trong hệ thống này là sử dụng động cơ một chiều. 2.2.2. Giới thiệu về động cơ một chiều. 2.2.2.1. Giới thiệu chung. a) Cấu tạo chung. Hình 2.3: Miêu tả mặt cắt dọc và ngang động cơ 1 chiều. Phần tĩnh (Phần cảm hay stato). Cực từ chính: Đây là bộ phận sinh ra từ trƣờng chính trong máy nó bao gồm:
- Lõi cực từ: Lõi cực từ thƣờng làm bằng lá thép kỹ thuật điện. - Dây quấn cực từ chính: Làm bằng dây dẫn có bọc cách điện hoặc dây quấn hình chữ nhật có định hình rồi lồng vào cực từ, các dây quấn kích thích đặt trên các cực từ chính thƣờng đƣợc mắc nối tiếp lại với nhau. Cực từ phụ: Đây là bộ phận để cải thiện quá trình đảo chiều. - Lõi cực từ: Lõi cực từ có thể làm bằng thép khối. - Dây quấn cực từ phụ đƣợc đặt trên cực từ phụ và đƣợc đặt xen kẽ với cực từ chính. Gông từ: Làm bằng mạch dẫn từ nối liền cực từ chính với cực từ phụ đồng thời làm vỏ máy, những máy vừa và nhỏ gông từ thƣờng làm bằng thép tấm còn nếu với những động cơ lớn thì làm bằng thép đúc. Cuộn bù và cuộn phụ: 2 cuộn này thƣờng đƣợc mắc nối tiếp với cuộn dây phần cảm để khắc phục quá trình đánh lửa tại chổi than và cổ góp. Các bộ phận khác : - Nắp máy dùng để che đậy bảo vệ động cơ và làm giá đỡ để cố định động cơ khi nắp đặt . - Chổi than là thiết bị trung gian cấp điện cho phần ứng nó đƣợc cố định bởi má kẹp chổi than để giữ cố định trong quá trình làm việc. Phần quay (Phần ứng hay Roto). Lõi thép phần ứng: Đây là bộ phận dẫn từ xoay chiều nên làm bằng lá thép kỹ thuật điện, trên lõi có dập rãnh để bố chí quấn các dây quấn phần ứng ngoài ra lõi thép này còn đƣợc chế tạo các lỗ thông gió để làm mát cho động cơ. Dây quấn phần ứng: Đây là bộ phận tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi năng lƣợng điện từ, nó đƣợc bố chí quấn trên các rãnh của lõi thép phần ứng. Cổ góp: Đây là bộ phận đổi chiều dòng điện hay có thể coi nó là bộ chỉnh lƣu cơ khí, Cổ góp bao gồm các phiến góp làm bằng đồng đƣợc ép và ghép lại thành cổ góp hình trụ. Giữa các phiến góp đƣợc cách điện bởi tấm mi ca dày từ 0.4 - 1.2 mm.
Các bộ khác (Trục máy và quạt gió): Phục vụ để nối Roto với cơ cấu chuyển động, còn quạt gió thực hiện quá trình tản nhiệt làm mát cho động cơ. c) Nguyên lý hoạt động. Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông. Tiếp đó đặt 1 giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng có dòng điện I chạy qua. Tƣơng tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành mô men điện từ, môn men điện từ này kéo theo phần ứng quay quanh trục của động cơ. Và quá trình chỉ kết thúc khi mà một trong 2 nhân tố trên bị mất và động cơ sẽ bị dừng. 2.2.2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ. Điều chình tốc độ động cơ là dung các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn nhƣ điện áp hay các thông số mạch nhƣ điện trở phụ, thay đổi từ thông…Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu công nghệ. Dựa vào mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và mômen điện từ: (1) Ta có 3 phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ: - Thay đổi điện áp phần ứng. - Thay đổi điện trở mạch rotor. - Thay đổi từ thông kích từ. a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không đổi. Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phƣơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thƣờng đƣợc áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Từ phƣơng trình đặc tính cơ (1), ta có tốc độ không tải lí tƣởng khi cho U=var thì Nếu Mc = const thì tốc độ n = var. Ta điều chỉnh đƣợc tốc độ động cơ. Khi điện áp nạp thay đổi, các đặc tính cơ song song với nhau. n n0 ncb TN ( Uñm ) n1 Uñm > U1 > U2 > U3 U1 n2 ncb > n1 > n2 > n3 U2 n3 U3 M MC Hình 2.4. Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp vào phần ứng động cơ. Phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp chỉ điều chỉnh đƣợc theo chiều giảm tốc độ (vì mỗi cuộn dây đã đƣợc thiết kế với Udm, không thể tăng điện áp lên cuộn dây). Phƣơng pháp này giữ đƣợc độ cứng đặc tính cơ. Đây là phƣơng pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tƣởng. Tuy nhiên vẫn có nhƣợc điểm trong phƣơng pháp này: Phải cần có một bộ nguồn thay đổi đƣợc nên vốn đầu tƣ cơ bản và chi phí vận hành cao. b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor. Ta có ∆n = M(Rt + Rdc) thì khi thay đổi Rdc ta thay đổi đƣợc ∆n (độ giảm tốc độ); khi M = const, nghĩa là thay đổi đƣợc tốc độ động cơ. Dƣới đây là đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng.
n n0 ncb TN 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 n1 ncb > n1 > n2 > n3 Rf1 n2 n3 Rf2 M, I 0 MC Rf3 Hình 2.5. Hình biểu diễn đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng. Phƣơng pháp này dễ thực hiện, vốn đầu tƣ rẻ, điều chỉnh tƣơng đối láng. Tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều chỉnh càng rộng). Không thực hiện đƣợc ở vùng tốc độ không tải. Điều chỉnh có tổn hao lớn. Ngƣời ta chứng minh rằng để giảm 50% tốc độ định mức thì tổn hao trên điện trở điều chỉnh chiếm 50% công suất đƣa vào. Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện trở khởi động (làm việc ở chế độ ngắn hạn) làm điện trở điều chỉnh. c) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Từ biểu thức: Khi M, U = const, = var thì n tăng lên. Phƣơng trình đặc tính cơ: n Φ0> Φ1> Φ2 Φ2 Φ1 Φo 0 M=Mc M Hình 2.6. Đặc tính cơ khi thay đổi từ thông động cơ.
Phƣơng pháp điều chỉnh bằng thay đổi từ thông có ƣu, khuyết điểm là: - Điều chỉnh theo chiều tăng tốc độ, rất láng và kinh tế. - Không điều chỉnh đƣợc tốc độ dƣới định mức. Lƣu ý là không đƣợc giảm dòng kích từ tới giá trị không, vì lúc này máy chỉ còn từ dƣ, khi tăng tốc, tốc độ tăng qúa lớn. Thƣờng ngƣời ta thiết kế bộ điều chỉnh để không để khi nào mạch từ bị hở. 2.3. GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC S7-200 2.3.1. Giới thiệu chung. Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp nào… Ngƣời ta thƣờng thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bài toán công nghệ đặt ra. Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi công vì phải thao tác chủ yếu trong việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại không cao vì một thiết bị có thể cần đƣợc lấy tín hiệu nhiều lần mà số lƣợng lại rất hạn chế, bởi vậy lƣợng vật tƣ là rất nhiều đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đổi quy trình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hƣ hỏng và đi lại dây bởi vậy năng xuất lao động giảm đi rõ rệt. Với những nhƣợc điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm ra một giải pháp điều khiển tối ƣu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành công nghiệp hiện đại đó là tự động hoá quá trình sản xuất làm giảm sức lao động, giúp ngƣời lao động không phải làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại ….mà năng xuất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần. Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình đƣợc PLC (Programable Logic Control) ra đời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, ngƣời sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát
triển không ngừng khắc phục những nhƣợc điểm còn tồn tại để có đƣợc bộ điều khiển PLC nhƣ ngày nay, đã giải quyết đƣợc các vấn đề nêu trên với các ƣu việt nhƣ sau: - Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển. - Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết. - Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tƣợng lập trình. - Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trƣờng xung quanh nhƣ với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển… - Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ƣu điểm khác nữa. Hình 2.7: Hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển nhƣ hãnh Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen,……và có nhiều hãng khác nữa những chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khác biệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà ngƣời sử dụng sẽ quyết định nên dùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình. Trong hệ thống sắp giới thiệu, em đã lựa chọn PLC S7-200. 2.3.2. Giới thiệu về CPU 226. PLC S7-200 có nhiều loại CPU và ta xét tới CPU 226
Bảng 2.1. Thông số của CPU226: 6ES 7216-2AD2OXB0/DC/24in/16out. Đặc điểm CPU 226 Đặc điểm CPU 226 Kích thƣớc 190x80x62 16384 Digital 24 vào/16 ra Bộ nhớ chƣơng trình 24576 Bộ nhớ dữ liệu 10248 Analog Không có Thời gian lƣu trữ dl 100h Môdule mở rộng 7 khi mất nguồn Bộ đếm tốc độ cao 2 phase 4 at 20 kHz 1 phase 6 at 30 kHz Sơ đồ nối dây CPU 226: Hình 2.8. Sơ đồ nối dây của CPU 226.
2.3.3. Giới thiệu về tính năng điều chỉnh PID trong PLC S7-200. PID Auto-tune hay the PID autuning control palnel là một tính năng của PLC S7-200. Tính năng PID đƣợc sử dụng để phục vụ cho ngƣời dùng cần sử dụng trong các vòng lặp. Vòng lặp PID có thể sử dụng tại một thời điểm hoặc tại nhiều vòng lặp khác nhau trong chƣơng trình. Nó có thể tự động chạy PID trong chƣơng trình phần mềm mà ngƣời dùng đã lập trình hoặc sử dụng trên panel điều khiển. Và dƣới đây giới thiệu cách sử dụng tính năng này: - Bƣớc 1: Lựa chọn sử dụng tính năng PID. - Bƣớc 2: Lựa chọn cấu hình PID. - Bƣớc 3: Đặt giá trị cho đầu vào ra: Tỉ lệ, giới hạn trên, giới hạn dƣới. - Bƣớc 4: Lựa chọn tỉ lệ điểm đặt (giới hạn trên, giới hạn dƣới điểm đặt, các tham số P, thời gian I, D) - Bƣớc 5: Lựa chọn cài đặt hiển thị lỗi. - Bƣớc 6: Lựa chọn tên vòng lặp PID và lựa chọn tính năng chạy PID tự động hay thêm chế độ băng tay. - Bƣớc 7: Lựa chọn địa chỉ đầu ra khối PID.